Роль сверхтонких и гибких печатных плат при проектировании современных электронных систем

Гибкие печатные платы (PCB) не сильно отличаются от жестких плат на этапе проектирования, за исключением того, что разработчик должен учитывать механическую сложность, связанную с гибкими электрическими цепями. Например, гибкая печатная плата может разорваться, если ее сильно изгибать во время установки.

Поэтому очень важно создать механическую модель печатной платы и проверить ее надлежащим образом на прочность, прежде чем приступать к разработке электрической части. Это также потребует проверки эргономики оборудования, любых рассогласований и обслуживания. Кроме того, это требует, чтобы проектировщики понимали различные типы гибких схем и условия их работы.

Типы гибких печатных плат

В зависимости от назначения существует несколько типов гибких печатных плат, а именно гибкие, гибко-жесткие и с высокой плотность соединения (HDI).

Гибкие печатные платы

Как правило, это просто гибкие варианты жестких печатных плат с уникальными возможностями, такими как устойчивость к вибрациям и гибкость. Основным преимуществом перед жесткими печатными платами является гибкость, позволяющая принимать трехмерные конфигурации. Одним из наиболее распространенных применений гибких печатных плат является замена проволочных жгутов.

Гибко- жесткие печатные платы

Эти устройства представляют собой смесь жестких и гибких PCD, предлагая лучшее из обеих конструкций, добавляя некоторые уникальные возможности. Например, типичная жестко-гибкая конфигурация будет представлять собой ряд жестких печатных плат, соединенных интегрированными гибкими цепями. Благодаря интеграции жестких областей, добавленных в гибкие детали, проектировщики могут значительно увеличить проектные возможности своих изделий.

В то время как жесткие области превосходны в качестве точек крепления шлейфов, разъемов и компонентов, гибкие области обеспечивают динамическое сгибание, зоны виброустойчивости и удобство монтажа. Такое смешение предлагает разработчикам множество возможностей для создания креативных решений для самых требовательных приложений.

Печатные платы с высокой плотностью соединения (HDI)

PCB с высокой плотностью соединения полезны, когда варианты, предлагаемые типичными гибкими схемами, не являются адекватными. Эластичные схемы HDI предлагают лучшие варианты для проектирования, компоновки и конструирования, объединяя особенности, такие как микропереходы. Среди их функций — повышенная функциональность, меньшие габаритные размеры и высокоплотная эластичная схема.

Хотя они используют более тонкие материалы, технология HDI обеспечивает лучшую надежность, улучшенную электрическую производительность и доступ к расширенному использованию IC-пакетов.

Современная промышленность предоставляет огромный выбор гибких печатных плат для различных установок

Преимущества гибких схем

В качестве замены ленточного кабеля или дискретной проводки эластичные цепи предлагают индивидуальные распределенные контуры по всей площади. Гибкие схемы помогают сократить количество соединений из-за большей их надежности.

Проводники эластичных печатных плат покрывают полиимидом, диэлектрическим слоем, который защищает контур лучше, чем простая паяльная маска. Производители используют другие базовые и покрывающие материалы для обработки от более широкого диапазона окружающих факторов.

Хотя эластичные PCB могут быть очень тонкими, они способны выдерживать длительные и долгие циклы сгибания. Используя подходящий конструкционный материал, они могут быть достаточно прочными, чтобы выдерживать миллионы циклов сгибания, одновременно передавая сигнал.

Минимальная масса и высокая пластичность цепей являются огромным преимуществом при большом ускорении и / или вибрации. Напряжение воздействия на себя и паяных узлов на гибкой печатной плате намного ниже, чем у паяных соединений и компонентов на жесткой PCB при тех же условиях работы.

Использование гибких печатных плат

Разработчики создают PCB, которые не могут быть использованы в платах другого типа. Можно представить эластичную схему, как гибридную комбинацию обычной PCB и круглых проводов, имеющую при этом индивидуальные преимущества.

Гибкие печатные платы обычно используются для замены жгута проводов. Это позволяет одной эластичной схеме вытеснить несколько разъемов или кабелей. Монтаж идет намного быстрее, так как пропадает необходимость цветовой маркировки проводов и завертывания их в жгуты. Уровни объема производства растут, в то время как затраты на монтаж снижаются, а вероятность сбоев в процессе также работы снижается.

Эластичная печатная плата может принимать необходимую форму что значительно облегчает монтаж

Замена жгутов проводов на эластичные проводники внутри плат увеличивает надежность. Устраняются ошибки при монтаже проводов, уменьшается время на тестирование и исправление ошибок. Соединения более надежны, поскольку плоские проводники из фольги могут лучше рассеивать тепло и проводить больший ток, чем круглые провода с одинаковой площадью поперечного сечения. В заключенных в одном «теле» проводниках, разработчикам легче контролировать импеданс, перекрестные помехи и шумы.

Более того, использование «эластичных схемных решений» позволяет уменьшить площадь монтажа и вес устройства примерно на 75%. Поскольку гибкие печатные платы намного устойчивее к вибрациям и ударам, затраты на их ремонт значительно ниже, чем у твердых печатных плат. Кроме того, на эластичной поверхности могут располагаться определенные жесткие участки, которые могут понадобиться для монтажа некоторых компонентов.

Преимущества гибко – жестких печатных плат

При проведении технико-экономических расчетов наибольшая выгода использования гибко-жестких PCB заключается в минимизации внешних компонентов. Компоненты схемы могут монтироваться не только с обеих сторон печатной платы, но и используется максимальная интеграция преимуществ эластичных схем в сфере вибраций и ударов. Проще говоря, обеспечивается плавный переход между жесткими и гибкими зонами с сохранением преимуществ каждой из них, что делает эту комбинацию лучшей для монтажа деталей с большой массой.

HDI расположение

Одним из наиболее важных аспектов первоначального проектирования многослойной печатной платы является определение ее компоновки. Это важно для больших печатных плат с высокой плотностью и несколькими BGA разъемами, особенно если стандартные многослойные решения не выгодны с точки зрения стоимости и производительности. Соединители HDI являются жизнеспособной альтернативой большому количеству слоев, обеспечивая при этом более низкую стоимость и более высокую производительностью.

Для PCB с большими размерами BGA могут иметь три вида слоев – стандартное слоение со сквозными отверстиями, последовательное слоение со слепыми (глухими) и углубленными отверстиями, а также наращивание слоев с помощью микропереходов. Печатные платы HDI в основном используют наращивание с микропереходами, поскольку этот метод имеет ряд преимуществ:

  • Отверстия и дорожки имеют меньшие размеры, что приводит к повышенной плотности и уменьшению количества слоев.
  • Шаблоны микропереходов могут более эффективно использоваться, открывая больше каналов передачи сигналов, что привод к сокращению количества слоев.
  • Это единственный практичный способ проектирования с несколькими большими BGA с шагом менее 0,8 мм.
  • Предлагает самую низкую стоимость для плат PCB высокой плотности.
  • Соответствующее определение стека позволяет улучшить качество сигнала и мощности.
  • Подходящие материалы для процессов должны соответствовать стандартам RoHS.
  • Более новые материалы доступны для более высокой производительности при меньших затратах, но эти новые материалы могут не подходить для других видов слоев.

Лидирующие производители печатных плат определили штативы HDI PCB с 16 слоями, где общая толщина платы составляет всего 66 ± 7 Мил. Это требует последовательного наращивания (SUB) и имеет лазерные микропереходы.

Как влияет стоимость на рынок?

Хотя эластичные схемы дороже, чем жесткие печатные платы, затраты обычно растут с количеством слоев. Поэтому, возможно, следует рассмотреть варианты минимизации затрат. Например, две двухслойные схемы могут оказаться менее дорогими по сравнению с использованием одной четырехслойной схемы.

Другие факторы могут снизить общую стоимость в пользу гибких схем. Например, способность складывать эластичную схему может сэкономить пространство и слои. В зависимости от ситуации увеличенное время, затраченное на оценку проекта, может привести к значительной экономии средств и времени в будущем.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: